Methodenartikel

Het meten van lokale weefselspanningen in pezen via open-source digitale beeldcorrelatie

DOI:

10.3791/64921

⸱

27 januari 2023

 ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Pennsylvania State University, 2Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology, 3Department of Orthopaedics and Rehabilitation, Pennsylvania State University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit artikel beschrijft een open-source digitaal beeldcorrelatiealgoritme voor het meten van lokale 2D-weefselspanningen in peesexplantaten. De nauwkeurigheid van de techniek is gevalideerd met behulp van meerdere technieken en is beschikbaar voor openbaar gebruik.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er is veel wetenschappelijke interesse in het begrijpen van de stammen die peescellen in situ ervaren en hoe deze stammen weefselremodellering beïnvloeden. Op basis van deze interesse zijn verschillende analytische technieken ontwikkeld om lokale weefselspanningen in peesexplantaten te meten tijdens het laden. In verschillende gevallen zijn de nauwkeurigheid en gevoeligheid van deze technieken echter niet gerapporteerd en geen van de algoritmen is openbaar beschikbaar. Dit heeft het moeilijk gemaakt voor de meer wijdverspreide meting van lokale weefselspanningen in peesexplantaten. Daarom was het doel van dit artikel om een gevalideerde analysetool te creëren voor het meten van lokale weefselspanningen in peesexplantaten die direct beschikbaar en gemakkelijk te gebruiken is. In het bijzonder werd een openbaar beschikbaar augmented-Lagrangian digital image correlation (ALDIC) -algoritme aangepast voor het meten van 2D-stammen door de verplaatsingen van celkernen in achillespezen van muizen onder uniaxiale spanning te volgen. Bovendien werd de nauwkeurigheid van de berekende stammen gevalideerd door digitaal getransformeerde beelden te analyseren en door de stammen te vergelijken met waarden die zijn bepaald met behulp van een onafhankelijke techniek (d.w.z. gefotobleekte lijnen). Ten slotte werd een techniek in het algoritme opgenomen om het referentiebeeld te reconstrueren met behulp van het berekende verplaatsingsveld, dat kan worden gebruikt om de nauwkeurigheid van het algoritme te beoordelen bij afwezigheid van bekende rekwaarden of een secundaire meettechniek. Het algoritme is in staat om stammen tot 0,1 te meten met een nauwkeurigheid van 0,00015. De techniek voor het vergelijken van een gereconstrueerd referentiebeeld met het werkelijke referentiebeeld identificeerde met succes monsters met onjuiste gegevens en gaf aan dat, in monsters met goede gegevens, ongeveer 85% van het verplaatsingsveld nauwkeurig was. Ten slotte waren de stammen gemeten in achillespezen van muizen consistent met de eerdere literatuur. Daarom is dit algoritme een zeer nuttig en aanpasbaar hulpmiddel voor het nauwkeurig meten van lokale weefselspanningen in pezen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pezen zijn mechanosensitieve weefsels die zich aanpassen en degenereren als reactie op mechanische belasting 1,2,3,4. Vanwege de rol die mechanische stimuli spelen in de biologie van peescellen, is er een grote interesse in het begrijpen van de spanningen die peescellen ervaren in de inheemse weefselomgeving tijdens het laden. Er zijn verschillende experimentele en analytische technieken ontwikkeld om lokale weefselspanningen in pezen te meten. Deze omvatten 2D / 3D digitale beeldcorrelatie (DIC) analyses van oppervlaktespanningen met behulp van spikkelpatronen of gebleekte lijnen (PBL's) 5,6,7,8, meting van de veranderingen in de centroïde-tot-centroïde afstand van individuele kernen in het weefsel 9,10, en een recente full-field 3D DIC-methode die rekening houdt met out-of-plane beweging en 3D-vervormingen 11 . De nauwkeurigheid en gevoeligheid van deze technieken zijn echter slechts in enkele gevallen gemeld en geen van deze technieken is openbaar gemaakt, wat de wijdverbreide toepassing en het gebruik van deze technieken moeilijk maakt.

Het doel van dit werk was om een gevalideerd analyse-instrument te creëren voor het meten van lokale weefselspanningen in peesexplantaten dat direct beschikbaar en gemakkelijk te gebruiken is. De gekozen methode is gebaseerd op een openbaar beschikbaar augmented-Lagrangian digital image correlation (ALDIC) algoritme geschreven in MATLAB dat is ontwikkeld door Yang en Bhattacharya12. Dit algoritme werd aangepast voor het analyseren van peesmonsters en gevalideerd door het toe te passen op digitaal getransformeerde beelden en door de stammen gemeten in werkelijke peesmonsters te vergelijken met de resultaten verkregen uit gefotobleekte lijnen. Bovendien werd extra functionaliteit in het algoritme geïmplementeerd om de nauwkeurigheid van het berekende verplaatsingsveld te bevestigen, zelfs als er geen bekende rekwaarden of een secundaire meettechniek waren. Daarom is dit algoritme een zeer nuttig en aanpasbaar hulpmiddel voor het nauwkeurig meten van lokale 2D-weefselspanningen in pezen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd goedgekeurd door de Pennsylvania State University Institutional Animal Care and Use Committee.

1. Weefselvoorbereiding

  1. Oogst voor dit protocol de achillespezen van 2-4 maanden oude mannelijke C57BL / 6-muizen.
    OPMERKING: Verschillende pezen of ligamenten van muizen of andere kleine dieren kunnen ook worden gebruikt.
    1. Maak een incisie in de huid oppervlakkig naar de achillespees om de plantarispees en het omliggende bindweefsel bloot te leggen. Verwijder ze vervolgens met een chirurgisch mes.
    2. Scheid de blootgestelde soleus- en gastrocnemiusspieren van de achterpoot en schraap ze voorzichtig van de achillespees met het chirurgische mes
    3. Scheid de calcaneus van de rest van de voet met een snijwielbevestiging op een roterend gereedschap.
  2. Kleur het weefsel in 1,5 ml van een 5 μg/ml oplossing van 5-(4,6-dichloortriazinyl) aminofluoresceïne (DTAF) en 0,1 M natriumbicarbonaatbuffer gedurende 20 minuten op een roterende mixer bij kamertemperatuur. Deze oplossing kleurt eiwitten (bijv. Extracellulaire matrix) in het weefsel.
    OPMERKING: Tijdens deze periode van 20 minuten moet stap 1.3 worden voltooid.
  3. Bereid een 1:1.000 oplossing van DRAQ5 in fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS) om de kernen te kleuren. Gebruik een vortexmixer om de oplossing te homogeniseren.
  4. Breng na de incubatietijd van 20 minuten in stap 1.2 het weefsel over van de DTAF-oplossing naar de DRAQ5-oplossing en incubeer gedurende 10 minuten in een donkere ruimte bij kamertemperatuur.

2. Peesbelasting en beeldacquisitie

OPMERKING: Dit protocol vereist een trekapparaat dat bovenop een confocale microscoop kan worden gemonteerd. Voor deze studie werd het microtensile apparaat beschreven door Peterson en Szczesny13 gebruikt.

  1. Plaats de pees in de grepen van de trekbelasting. Voordat u de handgrepen in de laadinrichting monteert, gebruikt u digitale remklauwen om de afstand tussen het calcaneus-hulpstuk en de tegenovergestelde greep te meten. Deze afstand is de lengte van de peesmeter.
    1. U kunt ook de grepen in de laadinrichting monteren voordat u de pees inbrengt en in contact duwen om de positie van de motor zonder verplaatsing te bepalen. De verplaatsing van de motoren na het inbrengen van de pees zou een potentieel nauwkeurigere grip-to-grip meterlengte kunnen bieden.
  2. Monteer de grepen in het laadapparaat, dat PBS bevat om de weefselhydratatie te behouden. Lijn de pees zo goed mogelijk uit met de x-as of y-as van de microscoopbeelden, zodat de x-rek- en y-rekuitgangen van het algoritme overeenkomen met de peesassen.
    OPMERKING: In deze studie werden de pezen uitgelijnd met de x-as. Als het niet mogelijk is om de pees perfect uit te lijnen met de beeldassen, dan kunnen de x-strain en y-strain outputs van het algoritme worden getransformeerd om uit te lijnen met de longitudinale / loodrechte assen van de pees met behulp van standaard spanningstransformatievergelijkingen14.
  3. Laad de pees voor met 1 g spanning en pas, indien gewenst, cyclische belasting toe om het monster voor te bereiden. In dit protocol werd geen voorconditionering gebruikt, omdat het doel van de studie was om de gemeten lokale weefselstammen te valideren in plaats van de eigenschappen van het weefselmateriaal te meten. Als er interesse is in het meten van de materiaaleigenschappen op macroschaal, die afhankelijk zijn van de laadgeschiedenis, dan is voorconditionering aan te bevelen. Na het conditioneren en herstellen, opnieuw aanbrengen van een voorspanning van 1 g.
  4. Indien gewenst, fotobleekt een set van vier lijnen met een onderlinge afstand van 80 μm in het middengebied van het weefsel (zie Peterson en Szczesny13 voor meer details).
    OPMERKING: De gefotobleekte lijnen werden gebruikt om de metingen van het ALDIC-algoritme te valideren en zijn niet nodig voor het uitvoeren van de ALDIC zelf. Het aantal en de afstand van de lijnen kunnen worden aangepast en de locatie van de lijnen moet worden gekozen om artefacten in de steekproef te voorkomen die de helderheid van de lijn zouden verminderen.
  5. Herhaal de fotobleekprocedure aan de linker- en rechteruiteinden van het weefsel in de buurt van de grepen.
  6. Verkrijg met behulp van de confocale microscoop volumetrische beelden (x,y: 1,25 μm/pixel, z: 2,5 μm/pixel) van de DTAF- en DRAQ5-fluorescentie bij 1 g voorspanning.
  7. Voer een rekhelling uit met een spanning van 0,5% /s tot 2%. Merk op dat de reksnelheid en de incrementele spanningsgrootte kunnen worden aangepast.
  8. Laat het weefsel 10 minuten stressen.
    OPMERKING: De duur van de ontspanning van de spanning moet zodanig worden gekozen dat het monster tijdens de beeldacquisitie onder een ongeveer quasistatische belasting staat. Om te bepalen of de duur van de stressontspanning acceptabel is, bepaalt u de helling van de kracht-tijdcurve tijdens de laatste minuut van de stressontspanning (aanvullende figuur 1) en vermenigvuldigt u deze helling met de totale beeldduur. In deze studie veranderde de kracht die werd uitgeoefend bij de grootste rektoename nooit met meer dan 5%.
  9. Neem nog een volumetrisch beeld van het weefsel na vervorming.
  10. Herhaal stap 2.7-2.9 totdat de gewenste laatste stam is bereikt. In dit artikel is gekozen voor een uiteindelijke rekwaarde van 12%.

3. Beeldverwerking

  1. Gebruik ImageJ of Fiji om maximale z-projecties te maken van elk volumetrische beeld van het DRAQ5 (nucleaire) kanaal. Dit zal dienen als de 2D-gespikkelde beelden voor de ALDIC.
  2. Sla de z-projecties met maximale intensiteit op als .tiff bestanden en geef ze een naam volgens de volgende naamgevingsconventie.
    1. Gebruik een getal als eerste teken van de afbeeldingsnaam.
    2. Laat het nummer overeenkomen met de volgorde waarin de beelden tijdens de stamanalyse worden bekeken. De eerste afbeelding moet bijvoorbeeld met één beginnen en de tweede afbeelding moet met twee beginnen. Er kunnen verschillende getallen worden gekozen, maar ze moeten sequentieel toenemen. Een voorbeeld van een naamgevingsconventie is als volgt: "0_Experiment1_MaxZProjection".
  3. Sla alle hernoemde max-intensity z-projecties op in een map.

4. Fotogebleekte lijnanalysecode installatie en toepassing

OPMERKING: Deze stappen zijn alleen nodig als het gewenst is om de nauwkeurigheid van het ALDIC-algoritme te bevestigen met behulp van gebleekte lijnen. De code berekent de lokale weefselstam als de gemiddelde genormaliseerde verandering in afstand tussen elke gefotobleekte lijn binnen de gefotobleekte lijnset. In deze studie werden de gemiddelde lokale waarden vervolgens gemiddeld over alle gefotobleekte lijnsets (d.w.z. in het midden en de linker / rechteruiteinden) om een enkele gemiddelde lokale weefselstamwaarde voor elk monster te bepalen. Deze waarde werd vervolgens gebruikt om de nauwkeurigheid van het ALDIC-algoritme te schatten.

  1. Download de map "PGO-code" van GitHub (https://github.com/Szczesnytendon/TendonStrainCalc) en verplaats alle inhoud naar de werkmap in MATLAB.
  2. Open het MATLAB-script "Micro_Mech_Template.m".
    1. Druk op Uitvoeren en selecteer een van de afbeeldingsbestanden met de volumetrische afbeeldingen. De volumetrische afbeeldingen kunnen een van de volgende bestandstypen zijn: .lsm, .tiff, .nd2.
    2. De software laadt automatisch alle afbeeldingen in de map en geeft een geprojecteerd beeld van de referentievolumetrische afbeelding weer. Wanneer u hierom wordt gevraagd, klikt u met de linkermuisknop om meerpuntslijnen te maken die de linker- en rechterkant van het voorbeeld volgen. Klik met de rechtermuisknop om een regel te beëindigen. Zodra de invoer is verwerkt en de randen correct zijn, drukt u op OK om het resultaat te accepteren.
    3. Teken een willekeurige diagonale lijn over het voorbeeld als referentielijn wanneer daarom wordt gevraagd.
    4. Voer het aantal gemaakte gefotobleekte lijnen in en volg de gebleekte lijnen met meerpuntslijnen.
    5. Als het resultaat acceptabel is, accepteer het dan. Als het resultaat onjuist is, pas het dan aan en verwerk het opnieuw.
  3. Herhaal stap 4.2 voor alle afbeeldingen en verplaats alle afbeeldingen van getraceerde lijnen naar één map.
  4. Open het script "Micro_Mech_Strain.m".
    1. Druk op Uitvoeren om de code uit te voeren en selecteer een van de opgeslagen afbeeldingen waar de gefotobleekte lijnen worden overgetrokken.
    2. Controleer of de geselecteerde begeleidende afbeeldingen correct zijn zodra de afbeelding is geselecteerd door op OK te drukken.

5. Digitaal getransformeerde afbeeldingen maken

OPMERKING: Deze stappen zijn alleen nodig als het gewenst is om de nauwkeurigheid van het ALDIC-algoritme te bevestigen met behulp van digitaal getransformeerde afbeeldingen. Deze beelden simuleren homogene 2D-spanningsvelden van een bekende omvang door het referentiebeeld kunstmatig te transformeren.

  1. Download de code "Digital_strain.m" van GitHub (https://github.com/Szczesnytendon/TendonStrainCalc).
  2. Open de code en voer deze uit.
  3. Wanneer u hierom wordt gevraagd, voegt u de gewenste waarden in voor de maximaal toegepaste stam, de toegepaste stamtoename en de verhouding van Poisson. Druk op OK.
    OPMERKING: Voor dit experiment was de maximaal toegepaste stam 0,1 (10%), de toegepaste stamtoename was 0,02 (2%) en een Poisson-verhouding van 1 werd gebruikt, wat consistent is met experimentele gegevens van peestrektesten15,16. De code maakt gebruik van de ingesloten MATLAB-functie imwarp en de invoerwaarden (bijv. rekstappen, Poisson's ratio) om de digitaal getransformeerde afbeeldingen te maken.
  4. Selecteer desgevraagd de niet-gevormde referentieafbeelding.
  5. Voor elke stamtoename wordt een overlay van de referentieafbeelding en de getransformeerde afbeelding weergegeven. De getransformeerde afbeelding wordt opgeslagen in de map onder de titel "DigitallyTransformedX%Strain", waarbij X de stamtoename is.

6. Rekberekening en validatiecode installatie en toepassing

  1. Download de map "Strain Calculation and Validation Code" van GitHub (https://github.com/Szczesnytendon/TendonStrainCalc) en verplaats alle inhoud naar de MATLAB-werkmap
  2. Installeer een mex C/C++ compiler volgens Yang en Bhattacharya12. De stappen worden hieronder samengevat.
    1. Controleer MATLAB om te zien of er een mex C/C++ compiler is geïnstalleerd door "mex -setup" te typen in het MATLAB Command Window en op Enter te drukken.
    2. Als er een fout verschijnt die aangeeft dat een compiler niet wordt ondersteund of aanwezig is, gaat u verder met stap 6.3 en stap 6.4.
    3. Als er geen fout aanwezig is, gaat u verder met stap 6.5
  3. Om een mex C/C++ compiler te downloaden, ga naar "https:/tdm-gcc.tdragon.net/", en kies de TDM-gcc compiler.
  4. Installeer de gedownloade compiler op een bekende locatie.
  5. Ga terug naar het MATLAB-opdrachtvenster en typ: "setenv("MW_MINGW64_LOC","[Typ hier uw installatiepad]")". Dit kan bijvoorbeeld "setenv("MW_MINGW64_LOC","C:\TDM-GCC-64")" zijn. Als deze opdracht met succes wordt uitgevoerd, is de mex-compiler correct geïnstalleerd.
  6. Voer het functiescript "main_aldic.m" in en wijzig regel 22 zodat deze overeenkomt met de opdracht die in stap 6.5 is uitgevoerd.
  7. Open het script "Strain_calc_and_validate.m".
  8. Druk op Uitvoeren om de afbeeldingsanalyse te starten.
  9. Wijzig desgevraagd de waarden voor de ALDIC-parameters naar wens.
    OPMERKING: De venstergrootte moet 0,25 tot 1 keer de grootte van de subset zijn. Voor meer informatie over de parameterkeuzes raadpleegt u de online gebruikershandleiding: (https://www.researchgate.net/publication/344796296_Augmented_Lagrangian_Digital
    _Image_Correlation_AL-DIC_Code_Manual).
    1. In dit onderzoek zijn de volgende waarden gebruikt:
      Subset Grootte (pixels): 20
      Venstergrootte (pixels): 10
      Methode om ALDIC op te lossen: eindig verschil (1)
      Parallel computing werd niet gebruikt (1)
      Methode om de eerste schatting te berekenen: Multigrid-zoekopdracht op basis van afbeeldingspiramide (0)
  10. Schakel desgevraagd het selectievakje "Ja" in om het algoritme automatisch de gemiddelde waarde, standaarddeviatie en 2D-toewijzingen te laten opslaan voor de gewenste verzameling variabelen (bijvoorbeeld x-stam, y-stam, afschuifspanning, slechte regio's, enz.). Selecteer welke variabelen moeten worden opgeslagen en druk op OK.
  11. Wanneer u hierom wordt gevraagd, wijzigt u de parameters naar wens.
    1. In dit experiment werden de volgende waarden gebruikt:
      Omringende punten om spanning te berekenen (numP): 12
      Correlatiecoëfficiënt voor identificatie van slechte regio's (corr_threshold): 0,5
      Subregiogrootte (pixels) voor slechte regioanalyse (subgrootte): 32
  12. Wanneer u hierom wordt gevraagd, selecteert u de map met de hernoemde max-intensity z-projecties. Merk op dat de software automatisch incrementele ALDIC uitvoert om de spanningsvelden van de vervormde afbeeldingen te bepalen. Dat wil zeggen, elke vervormde afbeelding dient als de nieuwe "referentie" -afbeelding voor de volgende vervormde afbeelding. Dit verbetert de nauwkeurigheid van de resultaten (aanvullende figuur 2) in vergelijking met het uitvoeren van cumulatieve ALDIC, waarbij elk vervormd beeld wordt vergeleken met het oorspronkelijke (0% stam) referentiebeeld. Als u een cumulatieve analyse wilt uitvoeren, laadt u de afbeeldingen, maar selecteert u alleen de oorspronkelijke referentieafbeelding en de vervormde afbeelding van belang.
    OPMERKING: De normale stam wordt berekend als λ - 1, waarbij λ de weefselrek is. De weefselrek wordt berekend volgens figure-protocol-1, waarbij N = [1 0]T of [0 1]T voor respectievelijk de x-richting en de y-richting, en C = F T F, waarbij F de vervormingsgradiënt is die wordt berekend met behulp van "numP" -punten rond elke gegevenspuntuitvoer door het ALDIC-algoritme. De schuifspanning wordt berekend als figure-protocol-2, waarbij figure-protocol-3.
  13. Wanneer u hierom wordt gevraagd, klikt u met de linkermuisknop om een vierpuntsveelhoek te maken om het gebied te definiëren dat van belang is voor het meten van de stammen. Begin met het punt in de linkerbovenhoek en wijs de volgende punten met de klok mee toe.
    OPMERKING: De variabele "Storage" die is opgeslagen in de MATLAB-werkruimte bevat alle waarden voor de gemiddelde x-strain, x-strain standaarddeviatie, gemiddelde y-strain, y-strain standaarddeviatie, gemiddelde shear strain, shear strain standard deviation en percentage bad regions. De slechte regio's worden gedefinieerd volgens de correlatiecoëfficiëntanalyse binnen de regio van belang die is geselecteerd in stap 6.13. De map "NuclearTrackingResults" (die kan worden hernoemd door de regels 555 en 556 aan te passen) slaat alle plots op die zijn opgegeven in stap 6.10. Deze map bevat ook een spreadsheetbestand met de naam "Resultaten", waarin alle gemiddelden en standaardafwijkingen worden opgeslagen die in stap 6.10 zijn gespecificeerd.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Voorafgaand aan het analyseren van de stamvelden in echte weefselmonsters, werd het ALDIC-protocol eerst gevalideerd met behulp van digitaal gespannen / getransformeerde beelden van kernen in achillespezen van muizen. In het bijzonder werden de beelden getransformeerd om digitaal uniforme stammen te produceren in de x-richting van 2%, 4%, 6%, 8% en 10% spanning met een gesimuleerde Poisson-verhouding van 115,16. De nauwkeurigheid van het ALDIC-algoritme werd verv...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van dit artikel was om een open-source, gevalideerde methode te bieden om de 2D-rekvelden in pezen onder trekbelasting te meten. De basis van de software was gebaseerd op een openbaar beschikbaar ALDIC-algoritme12. Dit algoritme was ingebed in een grotere MATLAB-code met de toegevoegde functionaliteit van incrementele (versus cumulatieve) stamanalyse. Dit aangepaste algoritme werd vervolgens toegepast op het trekken van pezen en de nauwkeurigheid ervan werd beoordeeld met twee verschillen...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle auteurs hebben geen belangenconflicten om bekend te maken.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gefinancierd door de National Institutes of Health (R21 AR079095) en de National Science Foundation (2142627).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
5-DTAF (5-(4,6-Dichlorotriazinyl) Aminofluorescein), enkele isomeerThermoFisherD16
CalipersMitutoyo500-196-30
Confocal MicroscopeNikonA1R HD
Corning LSE Vortex MixerConing6775
DRAQ5 Fluorescerende Sonde Oplossing (5 mM)ThermoFisher62554
MATLABMathWorksR2022b
Tensile Loading DeviceN/AN/ATensile loading device beschreven in Peterson et al, 2020. (ref 13) 
Tube Revolver RotatorThermoFisher88881001

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Devkota, A. C. Distributing a fixed amount of cyclic loading to tendon explants over longer periods induces greater cellular and mechanical responses. Journal of Orthopaedic Research. 11 (4), 1609-1612 (2007).
  2. Sun, H. B., et al. Cycle-dependent matrix remodeling gene expression response in fatigue-loaded rat patellar tendons. Journal of Orthopaedic Research. 28 (10), 1380-1386 (2010).
  3. Shepherd, J. H., Screen, H. R. C. Fatigue loading of tendon. International Journal of Experimental Pathology. 94 (4), 260-270 (2013).
  4. Paschall, L., Pedaprolu, K., Carrozzi, S., Dhawan, A., Szczesny, S. Mechanical stimulation as both the cause and the cure of tendon and ligament injuries. Regenerative Rehabilitation: From Basic Science to the Clinic. , Springer. Cham, Switzerland. 359-386 (2022).
  5. Andarawis-Puri, N., Ricchetti, E. T., Soslowsky, L. J. Rotator cuff tendon strain correlates with tear propagation. Journal of Biomechanics. 42 (2), 158-163 (2009).
  6. Cheng, V. W. T., Screen, H. R. C. The micro-structural strain response of tendon. Journal of Materials Science. 42 (21), 8957-8965 (2007).
  7. Luyckx, T., et al. Digital image correlation as a tool for three-dimensional strain analysis in human tendon tissue. Journal of Experimental Orthopaedics. 1 (1), 7(2014).
  8. Duncan, N. A., Bruehlmann, S. B., Hunter, C. J., Shao, X., Kelly, E. J. In situ cell-matrix mechanics in tendon fascicles and seeded collagen gels: Implications for the multiscale design of biomaterials. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 17 (1), 39-47 (2014).
  9. Arnoczky, S. P., Lavagnino, M., Whallon, J. H., Hoonjan, A. In situ cell nucleus deformation in tendons under tensile load; A morphological analysis using confocal laser microscopy. Journal of Orthopaedic Research. 20 (1), 29-35 (2002).
  10. Screen, H. R. C., Bader, D. L., Lee, D. A., Shelton, J. C. Local strain measurement within tendon. Strain. 40 (4), 157-163 (2004).
  11. Fung, A. K., Paredes, J. J., Andarawis-Puri, N. Novel image analysis methods for quantification of in situ 3-D tendon cell and matrix strain. Journal of Biomechanics. 67, 184-189 (2018).
  12. Yang, J., Bhattacharya, K. Augmented Lagrangian digital image correlation. Experimental Mechanics. 59 (2), 187-205 (2019).
  13. Peterson, B. E., Szczesny, S. E. Dependence of tendon multiscale mechanics on sample gauge length is consistent with discontinuous collagen fibrils. Acta Biomaterialia. 117, 302-309 (2020).
  14. Humphrey, J. D., O'Rourke, S. L. An Introduction to Biomechanics. , Springer. New York, NY. (2015).
  15. Reese, S. P., Weiss, J. A. Tendon fascicles exhibit a linear correlation between Poisson's ratio and force during uniaxial stress relaxation. Journal of Biomechanical Engineering. 135 (3), 34501(2013).
  16. Ahmadzadeh, H., Freedman, B. R., Connizzo, B. K., Soslowsky, L. J., Shenoy, V. B. Micromechanical poroelastic finite element and shear-lag models of tendon predict large strain dependent Poisson's ratios and fluid expulsion under tensile loading. Acta Biomaterialia. 22, 83-91 (2015).
  17. Szczesny, S. E., Elliott, D. M. Interfibrillar shear stress is the loading mechanism of collagen fibrils in tendon. Acta Biomaterialia. 10 (6), 2582-2590 (2014).
  18. Han, W. M., et al. Macro- to microscale strain transfer in fibrous tissues is heterogeneous and tissue-specific. Biophysical Journal. 105 (3), 807-817 (2013).
  19. Pedaprolu, K., Szczesny, S. E. A novel, open-source, low-cost bioreactor for load-controlled cyclic loading of tendon explants. Journal of Biomechanical Engineering. 144 (8), 084505(2022).
  20. Gatt, R., et al. Negative Poisson's ratios in tendons: An unexpected mechanical response. Acta Biomaterialia. 24, 201-208 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Tissue Strain MeasurementDigital Image CorrelationTendon ExplantsLocal Tissue StrainsAchilles TendonAugmented Lagrangian AlgorithmNuclear TrackingConfocal MicroscopyPhotobleached LinesTensile Loading

Gerelateerde artikelen